Perturbative and non perturbative effects in the Standard Model and orbifolded ADS/CFT based theories

We study some perturbative and nonperturbative effects in the framework of the Standard Model of particle physics. In particular we consider the time dependence of the Higgs vacuum expectation value given by the dynamics of the StandardModel and study the non-adiabatic production of both bosons and fermions, which is intrinsically non-perturbative. In theHartree approximation, we analyze the general expressions that describe the dissipative dynamics due to the backreaction of the produced particles. Then, we solve numerically some relevant cases for the Standard Model phenomenology in the regime of relatively small oscillations of the Higgs vacuum expectation value (vev). As perturbative effects, we consider the leading logarithmic resummation in small Bjorken x QCD, concentrating ourselves on the Nc dependence of the Green functions associated to reggeized gluons. Here the eigenvalues of the BKP kernel for states of more than three reggeized gluons are unknown in general, contrary to the large Nc limit (planar limit) case where the problem becomes integrable. In this contest we consider a 4-gluon kernel for a finite number of colors and define some simple toy models for the configuration space dynamics, which are directly solvable with group theoretical methods. In particular we study the depencence of the spectrum of thesemodelswith respect to the number of colors andmake comparisons with the planar limit case. In the final part we move on the study of theories beyond the Standard Model, considering models built on AdS5 S5/Γ orbifold compactifications of the type IIB superstring, where Γ is the abelian group Zn. We present an appealing three family N = 0 SUSY model with n = 7 for the order of the orbifolding group. This result in a modified Pati–Salam Model which reduced to the StandardModel after symmetry breaking and has interesting phenomenological consequences for LHC.

Progettare l'ospitalità: turismi e turisti della città contemporanea

La ricerca si pone come obbiettivo principale quello di individuare gli strumenti in grado di controllare la qualità di una progettazione specifica che risponde alle forti richieste della domanda turistica di un territorio. Parte dalle più semplici teorie che inquadrano una costante condizione dell’uomo, “il VIAGGIARE”. La ricerca si pone come primo interrogativo quello definire una “dimensione” in cui le persone viaggiano, dove il concetto fisico di spazio dedicato alla vita si è spostato come e quanto si sposta la gente. Esiste una sorta di macroluogo (destinazione) che comprende tutti gli spazi dove la gente arriva e da cui spesso riparte. Pensare all'architettura dell’ospitalità significa indagare e comprendere come la casa non è più il solo luogo dove la gente abita. La ricerca affonda le proprie tesi sull’importanza dei “luoghi” appartenenti ad un territorio e come essi debbano riappropriarsi, attraverso un percorso progettuale, della loro più stretta vocazione attrattiva. Così come si sviluppa un’architettura dello stare, si manifesta un’architettura dello spostarsi e tali architetture si confondono e si integrano ad un territorio che per sua natura è esso stesso attrattivo. L’origine terminologica di nomadismo è passaggio necessario per la comprensione di una nuova dimensione architettonica legata a concetti quali mobilità e abitare. Si indaga pertanto all’interno della letteratura “diasporica”, in cui compaiono le prime configurazioni legate alla provvisorietà e alle costruzioni “erranti”. In sintesi, dopo aver posizionato e classificato il fenomeno turistico come nuova forma dell’abitare, senza il quale non si potrebbe svolgere una completa programmazione territoriale in quanto fenomeno oramai imprescindibile, la ricerca procede con l’individuazione di un ambito inteso come strumento di indagine sulle relazioni tra le diverse categorie e “tipologie” turistiche. La Riviera Romagnola è sicuramente molto famosa per la sua ospitalità e per le imponenti infrastrutture turistiche ma a livello industriale non è meno famosa per il porto di Ravenna che costituisce un punto di riferimento logistico per lo scambio di merci e materie prime via mare, oltre che essere, in tutta la sua estensione, caso di eccellenza. La provincia di Ravenna mette insieme tutti i fattori che servono a soddisfare le Total Leisure Experience, cioè esperienze di totale appagamento durante la vacanza. Quello che emerge dalle considerazioni svolte sul territorio ravennate è che il turista moderno non va più in cerca di una vacanza monotematica, in cui stare solo in spiaggia o occuparsi esclusivamente di monumenti e cultura. La richiesta è quella di un piacere procurato da una molteplicità di elementi. Pensiamo ad un distretto turistico dove l’offerta, oltre alla spiaggia o gli itinerari culturali, è anche occasione per fare sport o fitness, per rilassarsi in luoghi sereni, per gustare o acquistare cibi tipici e, allo stesso tempo, godere degli stessi servizi che una persona può avere a disposizione nella propria casa. Il percorso, finalizzato a definire un metodo di progettazione dell’ospitalità, parte dalla acquisizione delle esperienze nazionali ed internazionali avvenute negli ultimi dieci anni. La suddetta fase di ricerca “tipologica” si è conclusa in una valutazione critica che mette in evidenza punti di forza e punti di debolezza delle esperienze prese in esame. La conclusione di questa esplorazione ha prodotto una prima stesura degli “obbiettivi concettuali” legati alla elaborazione di un modello architettonico. Il progetto di ricerca in oggetto converge sul percorso tracciato dai Fiumi Uniti in Ravenna. Tale scelta consente di prendere in considerazione un parametro che mostri fattori di continuità tra costa e città, tra turismo balneare e turismo culturale, considerato quindi come potenziale strumento di connessione tra realtà spesso omologhe o complementari, in vista di una implementazione turistica che il progetto di ricerca ha come primo tra i suoi obiettivi. Il tema dell’architettura dell’ospitalità, che in questo caso si concretizza nell’idea di sperimentare l’ALBERGO DIFFUSO, è quello che permette di evidenziare al meglio la forma specifica della cultura locale, salvandone la vocazione universale. La proposta progettuale si articola in uno studio consequenziale ed organico in grado di promuovere una riflessione originale sul tema del modulo “abitativo” nei luoghi di prossimità delle emergenze territoriali di specifico interesse, attorno alle quali la crescente affluenza di un’utenza fortemente differenziata evidenzia la necessità di nodi singolari che si prestino a soddisfare una molteplicità di usi in contesti di grande pregio.

Sviluppo delle tecnologie del circuito a metallo liquido del modulo di blanket HCLL del reattore a fusione ITER e DEMO

Lo scopo della presente tesi di dottorato è di illustrare il lavoro svolto nella progettazione del circuito a metallo liquido del Test Blanket System (TBS) Helium Cooled Lithium Lead (HCLL), uno dei sistemi fondamentali del reattore sperimentale ITER che dovrà dimostrare la fattibilità di produrre industrialmente energia elettrica da processi di fusione nucleare. Il blanket HCLL costituisce una delle sei configurazioni che verranno testate in ITER, sulla base degli esperimenti condotti nei 10 dieci anni di vita del reattore verrà selezionata la configurazione che determinerà la costituzione del primo reattore dimostrativo per la produzione di un surplus di energia elettrica venti volte superiore all’energia consumata, DEMO. Il circuito ausiliario del blanket HCLL è finalizzato, in DEMO all’estrazione del trizio generato mediante il TES; ed in ITER alla dimostrazione della fattibilità di estrarre il trizio generato e di poter gestire il ciclo del trizio. Lo sviluppo dei componenti, svolto in questa tesi, è accentrato su tale dispositivo, il TES. In tale ambito si inseriscono le attività che sono descritte nei capitoli della seguente tesi di dottorato: selezione e progettazione preliminare del sistema di estrazione del trizio dalla lega eutettica Pb15.7Li del circuito a metallo liquido del TBM HCLL; la progettazione, realizzazione e qualifica dei sensori a permeazione per la misura della concentrazione di trizio nella lega eutettica Pb15.7Li; la qualificazione sperimentale all’interno dell’impianto TRIEX (TRItium EXtarction) della tecnologia selezionata per l’estrazione del trizio dalla lega; la progettazione della diagnostica di misura e controllo del circuito ausiliario del TBM HCLL.

Cosmological perturbations in generalized theories of gravity

The first part of the thesis concerns the study of inflation in the context of a theory of gravity called "Induced Gravity" in which the gravitational coupling varies in time according to the dynamics of the very same scalar field (the "inflaton") driving inflation, while taking on the value measured today since the end of inflation. Through the analytical and numerical analysis of scalar and tensor cosmological perturbations we show that the model leads to consistent predictions for a broad variety of symmetry-breaking inflaton's potentials, once that a dimensionless parameter entering into the action is properly constrained. We also discuss the average expansion of the Universe after inflation (when the inflaton undergoes coherent oscillations about the minimum of its potential) and determine the effective equation of state. Finally, we analyze the resonant and perturbative decay of the inflaton during (p)reheating. The second part is devoted to the study of a proposal for a quantum theory of gravity dubbed "Horava-Lifshitz (HL) Gravity" which relies on power-counting renormalizability while explicitly breaking Lorentz invariance. We test a pair of variants of the theory ("projectable" and "non-projectable") on a cosmological background and with the inclusion of scalar field matter. By inspecting the quadratic action for the linear scalar cosmological perturbations we determine the actual number of propagating degrees of freedom and realize that the theory, being endowed with less symmetries than General Relativity, does admit an extra gravitational degree of freedom which is potentially unstable. More specifically, we conclude that in the case of projectable HL Gravity the extra mode is either a ghost or a tachyon, whereas in the case of non-projectable HL Gravity the extra mode can be made well-behaved for suitable choices of a pair of free dimensionless parameters and, moreover, turns out to decouple from the low-energy Physics.

Effective field theories and their phenomenological applications

Effective field theories (EFTs) are ubiquitous in theoretical physics and in particular in field theory descriptions of quantum systems probed at energies much lower than one or few characterizing scales. More recently, EFTs have gained a prominent role in the study of fundamental interactions and in particular in the parametriasation of new physics beyond the Standard Model, which would occur at scales Λ, much larger than the electroweak scale. In this thesis, EFTs are employed to study three different physics cases. First, we consider light-by-light scattering as a possible probe of new physics. At low energies it can be described by dimension-8 operators, leading to the well-known Euler-Heisenberg Lagrangian. We consider the explicit dependence of matching coefficients on type of particle running in the loop, confirming the sensitiveness to the spin, mass, and interactions of possibly new particles. Second, we consider EFTs to describe Dark Matter (DM) interactions with SM particles. We consider a phenomenologically motivated case, i.e., a new fermion state that couples to the Hypercharge through a form factor and has no interactions with photons and the Z boson. Results from direct, indirect and collider searches for DM are used to constrain the parameter space of the model. Third, we consider EFTs that describe axion-like particles (ALPs), whose phenomenology is inspired by the Peccei-Quinn solution to strong CP problem. ALPs generically couple to ordinary matter through dimension-5 operators. In our case study, we investigate the rather unique phenomenological implications of ALPs with enhanced couplings to the top quark.

Quantum integrability as a new method for exact results on N=2 supersymmetric gauge theories and black holes

In this thesis I show a triple new connection we found between quantum integrability, N=2 supersymmetric gauge theories and black holes perturbation theory. I use the approach of the ODE/IM correspondence between Ordinary Differential Equations (ODE) and Integrable Models (IM), first to connect basic integrability functions - the Baxter’s Q, T and Y functions - to the gauge theory periods. This fundamental identification allows several new results for both theories, for example: an exact non linear integral equation (Thermodynamic Bethe Ansatz, TBA) for the gauge periods; an interpretation of the integrability functional relations as new exact R-symmetry relations for the periods; new formulas for the local integrals of motion in terms of gauge periods. This I develop in all details at least for the SU(2) gauge theory with Nf=0,1,2 matter flavours. Still through to the ODE/IM correspondence, I connect the mathematically precise definition of quasinormal modes of black holes (having an important role in gravitational waves’ obervations) with quantization conditions on the Q, Y functions. In this way I also give a mathematical explanation of the recently found connection between quasinormal modes and N=2 supersymmetric gauge theories. Moreover, it follows a new simple and effective method to numerically compute the quasinormal modes - the TBA - which I compare with other standard methods. The spacetimes for which I show these in all details are in the simplest Nf=0 case the D3 brane in the Nf=1,2 case a generalization of extremal Reissner-Nordström (charged) black holes. Then I begin treating also the Nf=3,4 theories and argue on how our integrability-gauge-gravity correspondence can generalize to other types of black holes in either asymptotically flat (Nf=3) or Anti-de-Sitter (Nf=4) spacetime. Finally I begin to show the extension to a 4-fold correspondence with also Conformal Field Theory (CFT), through the renowned AdS/CFT correspondence.

Understanding food waste through behavioural theories in different settings

SDG 12.3 aims to promote sustainable consumption and production patterns by addressing the global food loss and waste problem. Given the multiple interrelated impacts, food waste is recognized as one of the major food system challenges. The scope of this work is to contribute to the understanding on food waste generation and potential approaches to tackle it. This work was specifically designed to achieve the following goals: 1) Understand specific factors that affect individual behaviours to generate FW at household, 2) Analyse the effective ways to reduce FW through behaviour change perspective given the catering and hospitality sector, and 3) Provide an evidence synthesis on intervention study that incorporate stakeholder insights focus on school meals. The first goal of identifying food waste drivers was achieved by the systematically reviewing on peer-reviewed and grey literature. The Motivation-Opportunity-Ability (MOA) framework was applied to frame consumer behavioural drivers and identify levers that could be potentially utilized to reduce food waste. Consumer segmentation was further discussed to provide insights for developing tailored food waste reduction interventions. The second goal required the identification on practical interventions, which has been accomplished by systematic literature review basing on the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses. The efficiency and working mechanism of interventions were evaluated basing on the combination of MOA and behavioural change wheel. Building on the evidence of effective interventions, a roadmap was developed for policymakers and practitioners to lead their own pathway on intervention study and upscaling. The third aim has been achieved with a school meals interventions mapping and the implementation of stakeholder workshops. The method was built on the literature review and then enriched by intervention co-design dialogue among stakeholders. The overall conclusion addressed challenges of food waste determents identification, tailored reduction interventions developing, sustainable consumption promotion with school meals.

Finite group lattice gauge theories for quantum simulation

The present manuscript focuses on Lattice Gauge Theories based on finite groups. For the purpose of Quantum Simulation, the Hamiltonian approach is considered, while the finite group serves as a discretization scheme for the degrees of freedom of the gauge fields. Several aspects of these models are studied. First, we investigate dualities in Abelian models with a restricted geometry, using a systematic approach. This leads to a rich phase diagram dependent on the super-selection sectors. Second, we construct a family of lattice Hamiltonians for gauge theories with a finite group, either Abelian or non-Abelian. We show that is possible to express the electric term as a natural graph Laplacian, and that the physical Hilbert space can be explicitly built using spin network states. In both cases we perform numerical simulations in order to establish the correctness of the theoretical results and further investigate the models.